本發(fā)明涉及數(shù)控車床技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種不落輪車床車輪加工前后輪廓圓周周向精度檢測的方法。

背景技術(shù)：

隨著我國鐵路的發(fā)展，截止2014年底全國鐵路營業(yè)里程突破11.2萬公里，其中高速鐵路營業(yè)里程超過1.6萬公里，穩(wěn)居世界第一，隨著高鐵運(yùn)營里程規(guī)劃目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，高鐵正在成為鐵路客運(yùn)的主力軍，我國也將全面邁向高鐵社會，高鐵對社會方方面面的影響將日益顯著，在日常生活中將起到重大作用。高速鐵路的運(yùn)輸安全至關(guān)重要，鐵路列車高鐵運(yùn)營設(shè)備檢測測量新技術(shù)的發(fā)明是保證高速列車、動車組鐵路列車運(yùn)輸安全的關(guān)鍵之一。

現(xiàn)有的不落輪車床車輪加工前后輪廓圓周周向精度的檢測測量方法，缺乏對列車車輪進(jìn)行加工前后進(jìn)行檢測測量，加工后列車車輪輪廓圓周周向狀態(tài)不能準(zhǔn)確檢測測量，導(dǎo)致鐵路列車及高速列車運(yùn)行安全、運(yùn)行品質(zhì)和旅客乘坐舒適度等運(yùn)行平穩(wěn)性的輪對加工檢測專用設(shè)備的得不到保障，輪對加工前后幾何精度的掌握直接影響鐵路列車輪軌關(guān)系和關(guān)系到列車運(yùn)行安全，若采用加工幾何精度不合格的輪對運(yùn)行，嚴(yán)重威脅鐵路列車的運(yùn)行安全，也嚴(yán)重威脅人民群眾的生命安全和國家財產(chǎn)安全。

根據(jù)中國鐵路總公司運(yùn)輸局（運(yùn)輛動車電[2015]1834號）《中國鐵路總公司運(yùn)輸局關(guān)于CRH3C、CRH380B型動車組軸端安裝螺栓防脫整治的通知》文中指出，“前期，CRH3C型動車組、CRH380B型動車組發(fā)生多起軸箱端蓋、接地蓋安裝螺栓松脫故障，經(jīng)調(diào)查分析，車輪存在明顯18~20階多邊形且線路個別區(qū)段存在的波磨波長與車輪多邊形相近，動車組高速運(yùn)行時，線路激擾頻率與車輪多邊形激擾頻率相近產(chǎn)生共振，加劇軸端振動是導(dǎo)致螺栓松脫的根本原因?！毙枰兄聘细哞F檢修運(yùn)用需要的動車輪對全功能自動化加工的數(shù)控不落輪車床，具備在鐵路動車轉(zhuǎn)向架上不解體輪對進(jìn)行自動控制切削仿形、自動檢測測量輪對輪徑、內(nèi)側(cè)距、踏面輪廓、輪緣高度、輪緣厚度、徑跳函數(shù)、Qr值基礎(chǔ)上增加列車輪對加工前后不圓度高階多邊形和等效錐度的自動檢測測量全功能自動化數(shù)控不落輪車床，助力我國鐵路運(yùn)輸發(fā)展的需要，具有很重大社會意義和經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種不落輪車床車輪加工前后輪廓圓周周向精度檢測的方法以達(dá)到為列車車輪加工前后的輪廓圓周周向精度提供了準(zhǔn)確的幾何參數(shù)，對列車具體運(yùn)營作出正確的判斷，保證列車運(yùn)行安全的目的；解決現(xiàn)有不落輪車床不解體列車輪對加工前后車輪輪廓圓周周向精度檢測測量功能缺失，造成列車在高速重載行駛中由于車輪輪廓圓周周向失圓出現(xiàn)高階多邊形等效錐度使列車輪對與軌道產(chǎn)生波磨和列車轉(zhuǎn)向架發(fā)生共振，導(dǎo)致列車行車安全隱患的問題。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，采用的技術(shù)方案為：一種不落輪車床車輪加工前后輪廓圓周周向精度檢測的方法，其特征在于，包括機(jī)床通道坐標(biāo)中相互垂直的X、Z向坐標(biāo)、加工輪對、軸箱定位系統(tǒng)、滑動設(shè)置在機(jī)床上的刀架、自動檢測系統(tǒng)以及信息處理系統(tǒng)，所述刀架上設(shè)有位移傳感器，位移傳感器與自動檢測系統(tǒng)電連接，本方法包括以下步驟：

A.將加工輪對通過軸箱定位系統(tǒng)裝配于機(jī)床上，調(diào)整位移傳感器并在機(jī)床通道坐標(biāo)中確定X、Z向坐標(biāo)原點(diǎn)；

B.將位移傳感器移動至加工輪對兩側(cè)車輪的輪緣頂部中間位置處且設(shè)為起始點(diǎn)，以起始點(diǎn)沿車輪周向方向上的連續(xù)距離測量輪對車輪徑向跳動的波動值；

C.將位移傳感器沿Z方向移動，測量加工輪對的車輪滾動圓對應(yīng)位置上的徑向變動量；

D.通過位移傳感器沿機(jī)床通道坐標(biāo)的Z方向移動至相應(yīng)位置分別檢測加工輪對加工前后的車輪輪緣圓周徑向、車輪滾動圓圓周徑向以及車輪踏面圓周徑向尺寸以及位移傳感器沿Z方向在各個測量位置點(diǎn)之間的橫向移動量；

其中：步驟B、C、D中的數(shù)據(jù)測量過程均由自動檢測系統(tǒng)控制完成，且自動檢測系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)后反饋至信息處理系統(tǒng)得到相應(yīng)的車輪輪廓圓周周向狀態(tài)圖譜。

進(jìn)一步地，所述步驟A的坐標(biāo)原點(diǎn)以機(jī)床刀架的X方向的任意進(jìn)給起始點(diǎn)作為機(jī)床通道坐標(biāo)中的X向坐標(biāo)原點(diǎn)，以加工輪對左右車輪輪緣頂部中間位置作為機(jī)床通道坐標(biāo)中的Z向坐標(biāo)原點(diǎn)。

進(jìn)一步地，所述信息處理系統(tǒng)包括車輪不圓度后處理軟件和車輪等效錐度的后處理軟件。

進(jìn)一步地，所述軸箱定位系統(tǒng)采用軸箱定位方式驅(qū)動輪對車輪繞軸線自由旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步地，所述位移傳感器與加工輪對的檢測圓周面垂直接觸。

進(jìn)一步地，所述步驟B通過車輪不圓度后處理軟件中的數(shù)學(xué)變換函數(shù)將檢測數(shù)據(jù)處理得到直角坐標(biāo)圖譜和極坐標(biāo)圖譜。

進(jìn)一步地，所述步驟C通過車輪不圓度后處理軟件中的徑跳函數(shù)和傅里葉變換參數(shù)得到反映車輪高階多邊形狀態(tài)圖譜。

進(jìn)一步地，所述步驟D通過車輪等效錐度的后處理軟件中的傅里葉函數(shù)變換方程進(jìn)行車輪加工前后的等效錐度比值評估。

采用本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明通過機(jī)床自動檢測測量及信息處理系統(tǒng)對列車車輪加工前后車輪輪廓圓周周向的具體精度狀態(tài)通過直角坐標(biāo)圖譜、極坐標(biāo)圖譜從不同的角度反映車輪輪廓圓周周向狀態(tài)、通過階次或波數(shù)圖譜反映車輪輪廓圓周周向圓度多邊形的狀態(tài)以及通過函數(shù)變換得到等效錐度評估；

2.采用本發(fā)明的車輪加工前后輪廓圓周周向的精度檢測用于高速動車組、鐵路各種類型各種型號列車、城市輕軌列車、地鐵列車輪對的不落輪加工，保證列車的安全運(yùn)行；

3.本發(fā)明填補(bǔ)了國內(nèi)外現(xiàn)有不落輪車床對列車輪對加工前后車輪輪廓圓周周向精度專用檢測測量功能的空白，對于列車車輪輪廓周向精度的控制了解，避免列車車輪輪廓圓周周向出現(xiàn)高階多邊形及等效錐度所造成的列車行車安全隱患，使列車的行車安全得到保證具有積極的意義。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的不落輪車床車輪加工前后輪廓圓周周向精度檢測的方法的直角坐標(biāo)系圖譜；

圖2是本發(fā)明提供的不落輪車床車輪加工前后輪廓圓周周向精度檢測的方法的極坐標(biāo)系圖譜；

圖3是本發(fā)明提供的不落輪車床車輪加工前后輪廓圓周周向精度檢測的方法的波數(shù)圖譜；

圖4是本發(fā)明提供的不落輪車床車輪加工前后輪廓圓周周向精度檢測的方法的階數(shù)圖譜；

圖5是本發(fā)明提供的不落輪車床車輪加工前后輪廓圓周周向精度檢測的方法的車輪等效錐度測量結(jié)果示意圖；

圖6是本發(fā)明提供的不落輪車床車輪加工前后輪廓圓周周向精度檢測的方法的車輪等效錐度的通道坐標(biāo)的建立圖；

圖7是本發(fā)明提供的不落輪車床車輪加工前后輪廓圓周周向精度檢測的方法的車輪滾動圓位置示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過具體的實(shí)施例子并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6以及圖7出示了本發(fā)明提供的不落輪車床車輪加工前后輪廓圓周周向精度檢測的方法的分析示意圖譜，本發(fā)明的檢測方法是通過全功能自動化加工的數(shù)控不落輪車床實(shí)現(xiàn)的，該車床包括機(jī)械主體結(jié)構(gòu)、液氣壓配合系統(tǒng)、驅(qū)動裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、自動檢測系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、計算機(jī)與信息處理單元、變換放大傳遞接口技術(shù)，可針對鐵路列車轉(zhuǎn)向架上不解體輪對在加工前后的圓周周向不圓度狀態(tài)、不圓度高階多邊形以及等效錐度進(jìn)行自動檢測測量的全功能自動化數(shù)控不落輪車床，包括機(jī)床通道坐標(biāo)中相互垂直的X、Z向坐標(biāo)、軸箱定位系統(tǒng)、滑動設(shè)置在機(jī)床上的刀架、自動檢測系統(tǒng)以及信息處理系統(tǒng)，所述刀架上設(shè)有位移傳感器，位移傳感器與自動檢測系統(tǒng)電連接，本方法包括以下步驟：

A.建立機(jī)床通道坐標(biāo)，通過調(diào)整位移傳感器確定X、Z向坐標(biāo)原點(diǎn)；所述的坐標(biāo)原點(diǎn)以機(jī)床刀架的X方向的任意進(jìn)給起始點(diǎn)作為機(jī)床通道坐標(biāo)中的X向坐標(biāo)原點(diǎn)，以加工輪對左右車輪輪緣頂部中間位置作為機(jī)床通道坐標(biāo)中的Z向坐標(biāo)原點(diǎn)；通過機(jī)床控制實(shí)現(xiàn)數(shù)控不落輪車床通道坐標(biāo)中的X、Z向坐標(biāo)與工件列車加工輪對的X、Z向坐標(biāo)自動的對應(yīng)重合或平行進(jìn)行定位；所述機(jī)床刀架在X方向坐標(biāo)的移動距離和位移感應(yīng)器的檢測數(shù)據(jù)均反饋到自動檢測系統(tǒng)，自動檢測系統(tǒng)發(fā)出控制信息驅(qū)動機(jī)床刀架在X、Z方向上的移動，保證位移感應(yīng)器始終與輪對的輪廓面接觸，完成后續(xù)的數(shù)據(jù)檢測。

如圖6所示，機(jī)床左右刀架X向拖板的O點(diǎn)與O1點(diǎn)為機(jī)床通道坐標(biāo)X向坐標(biāo)原點(diǎn)，加工工件輪對左右車輪輪緣頂部的O′點(diǎn)與O1′點(diǎn)為機(jī)床通道坐標(biāo)Z向坐標(biāo)原點(diǎn)，X、X1坐標(biāo)軸垂直于Z、Z1坐標(biāo)軸形成機(jī)床加工控制的柔性坐標(biāo)體系。

B.位移傳感器移動至加工輪對左右車輪的輪緣頂部中間位置處為起始點(diǎn)，以起始點(diǎn)沿車輪周向方向上的連續(xù)距離測量車輪徑向跳動的波動值，通過信息處理系統(tǒng)得到車輪圓周周向狀態(tài)圖譜，信息處理系統(tǒng)中嵌入的車輪不圓度后處理軟件，通過控制刀架上位移傳感器的移動，位移傳感器與輪對車輪輪緣的中間位置接觸，在輪對轉(zhuǎn)動的過程中分別記錄車輪徑跳的波動值和位移傳感器沿車輪周向至起始點(diǎn)的距離，通過數(shù)學(xué)變換方法得到直角坐標(biāo)圖譜和極坐標(biāo)圖譜；

如圖1所示，Z向坐標(biāo)表示位移傳感器沿車輪周向至起始點(diǎn)的距離，其X向坐標(biāo)表示車輪徑跳的波動值，反映列車車輪圓度空間不圓度平順度；

如圖2所示，將步驟B中的X向坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的角度，縱向坐標(biāo)仍然為車輪徑跳的波動值，極坐標(biāo)的圖譜可將列車輪對車輪加工前后的空間圓度的差異圍成一個圈，使列車車輪圓周周向的狀態(tài)更加形象化。

C.位移傳感器沿X方向移動，測量輪對滾動圓對應(yīng)位置上相對于標(biāo)準(zhǔn)輪對的徑向變動量，通過信息處理系統(tǒng)得到車輪輪廓圓周周向不圓度高階多邊形，所述的滾動圓指的是整個輪對車輪的中間位置處的截面滾動圓，滾動圓位于輪對車輪的踏面圓周上，如圖7中所示的A點(diǎn)位置；

如圖3所示，車輪輪廓圓周周向不圓度高階多邊形檢測原理：在數(shù)控不落輪車床的自動檢測系統(tǒng)嵌入車輪不圓度后處理軟件，對標(biāo)準(zhǔn)輪對的尺寸檢測并導(dǎo)出車輪不圓度的原始數(shù)據(jù)，然后對加工輪對的加工前后的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行車輪不圓度高階多邊形檢測評估；車輪多邊形由車輪滾動圓位置對應(yīng)的徑向變動量隨相位的函數(shù)（即“徑跳函數(shù)”）及其傅里葉變換參數(shù)來評價輪對的高階多邊形狀態(tài)，見圖3中的波數(shù)圖譜表示列車車輪加工前后圓周周向狀態(tài)呈9階以下相對應(yīng)的車輪表面粗糙度為-35～20μm之間，9階以上相對應(yīng)表面粗糙度為-30～0μm之間，從而反映車輪表面粗糙度與車輪不圓度高階多邊形之間的分布關(guān)系。

如圖4所示，根據(jù)加工前后列車輪對輪廓圓周曲線狀態(tài)，通過車輪不圓度后處理軟件得到的車輪多邊形情況分別為一階（偏心）、二階（橢圓）、三階（三邊形）、四階（四邊形）（由圖4中所示的標(biāo)注1、2、3、4分別表示為一階、二階、三階、四階）以及依此類推的高階多邊形；列車的后續(xù)加工情況可根據(jù)高階多邊形的檢測情況進(jìn)一步地加工修復(fù)打磨，以防止列車的高階多邊形與軌道產(chǎn)生共振，導(dǎo)致列車安全事故的發(fā)生，列車輪對的多邊形階數(shù)越多，在輪對的運(yùn)行過程中，更加容易產(chǎn)生共振的情況。

D.通過位移傳感器沿機(jī)床通道坐標(biāo)的X方向移動至相應(yīng)位置分別檢測加工輪對加工前后的車輪輪緣圓周徑向尺寸、車輪滾動圓圓周徑向尺寸以及車輪踏面圓周徑向尺寸以及位移傳感器沿機(jī)床通道坐標(biāo)的X方向在各個徑向尺寸測量位置點(diǎn)的橫向移動量（形象化理解為構(gòu)成一個類似于錐度的傾斜連線），將橫向移動量和各個位置點(diǎn)的圓周徑向尺寸進(jìn)行傅里葉函數(shù)變換并通過信息處理系統(tǒng)得到車輪等效錐度比值評估；

本發(fā)明提供的全功能數(shù)控不落輪車床進(jìn)行加工前后車輪等效錐度的檢測原理：在車床的自動檢測系統(tǒng)中嵌入車輪等效錐度的后處理軟件，檢測并導(dǎo)出車輪輪廓外形的原始數(shù)據(jù)以及在車輪的軸向方向上的橫向移動量，對加工前后車輪的等效錐度比值進(jìn)行評估，檢測測量評估由以下具體測量項(xiàng)目的幾何精度實(shí)現(xiàn)，等效錐度相對應(yīng)于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)輪對≤5%，按設(shè)定加工模板加工后，車輪的輪緣部分、滾動圓部分、踏面部分外形徑向尺寸與設(shè)定模板一致，其輪緣厚度和Qr值與加工模板廓形之間的對比誤差均在0.2mm以內(nèi)。

步驟B、C、D中的數(shù)據(jù)測量過程均由自動檢測系統(tǒng)控制完成，且自動檢測系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)后反饋至信息處理系統(tǒng)得到相應(yīng)的車輪輪廓圓周周向狀態(tài)圖譜。

所述軸箱定位系統(tǒng)采用軸箱定位方式驅(qū)動車輪繞軸心自由旋轉(zhuǎn)，自動檢測系統(tǒng)采用接觸式測量方法，由車床自帶的軸箱定位系統(tǒng)采用軸箱定位方式保證測試過程中車輪可繞軸心自由旋轉(zhuǎn)，車床的自動檢測系統(tǒng)位移傳感器與車輪垂直接觸，傳感器跟隨車輪旋轉(zhuǎn)從輪緣至踏面移動記錄車輪踏面外形廓形信息。

所述位移傳感器與加工輪對的檢測圓周面垂直接觸，有利于位移傳感器能夠檢測出加工輪對在X方向上的徑向變動量以及輪對的輪緣、滾動面、踏面的外輪廓信息。

步驟B通過車輪不圓度后處理軟件中的數(shù)學(xué)變換函數(shù)將檢測數(shù)據(jù)處理得到直角坐標(biāo)圖譜和極坐標(biāo)圖譜，兩種坐標(biāo)圖譜能從不同的角度反映車輪輪廓的圓周不圓度情況。

步驟C通過車輪不圓度后處理軟件中的徑跳函數(shù)和傅里葉變換參數(shù)得到反映車輪高階多邊形狀態(tài)圖譜，反映加工輪對的輪廓外形多邊形狀態(tài)。

步驟D通過車輪等效錐度的后處理軟件中的傅里葉函數(shù)變換方程進(jìn)行車輪加工前后的等效錐度比值評估，等效錐度是評價輪軌接觸幾何狀態(tài)的重要指標(biāo)。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。